LED Lİ IŞIK KAYNAKLARI Giriş Günümüzde Aydınlatma Tekniği bütün dünyada daha önce olduğundan çok daha hızlı gelişiyor. Enerji tüketimi açısından bakıldığında da, son yıllardaki en önemli gelişmeyi LED tabanlı aydınlatma temsil etmektedir. LED sistemler uzun ömürlü, yüksek verimli ve kontrol edilebilir olmaları, tesisat kolaylığı, cıva içermemeleri, çok fazla renk olanağı sunmaları, esnek çözüm olanakları sunmaları gibi nedenlerle aydınlatmanın hemen her alanında tercih edilmekte ve pazar payını sürekli olarak büyütmektedir. Conventional Lighting LED Lighting Şekil 1. Led Işık Kaynaklarının pazar payı gelişimi,
Işık kaynağı olarak LED ler verimlilik, akıllı kontrol edilebilirlik ve uygulanabilirlik açısından flüoresan ve HID sistemleriyle karşılaştırılabilir. SSL (Solid State Lighting) olarak adlandırılan bu aydınlatma bir çok açıdan avantaj sağlasa da, armatür ve kontrol sistemleri optimal etkinlik açısından henüz daha fazla gelişmeye gerek duymaktadır. LED li aydınlatma sistemleri, aydınlatma doluluk sensörleri, loşlaştırma ve renk değiştirme özellikleri, kablolu ve kablosuz olarak merkezi kontrol sistemine bağlanabilme özellikleri ile bu kontrol şemalarını oluşturmada avantajlıdır. LED ler havacılık ve otomotiv aydınlatmacılığında da özellikle fren lambaları, göstergelerde ve tabii ki trafik işaretlerinde kullanılır. LED (Işık Yayan Diyot) Light-emitting diode TİP Optoelektronik Çalışma Prensibi Elektroışınım Mucidi Nick Holonyak Jr. (1962) Uç düzenlenişi Anot ve Katot Şekil 2. Kırmızı, yeşil ve mavi 5mm standart tip LED ler
LED Light Emitting Diode Işık yayan diyot- yarı-iletken bir ışık kaynağıdır. Gerilim uygulanarak elektronları harekete geçirilen LED ışın yaymaya başlar. Bu etki elektroluminans ya da elektroışınım olarak adlandırılır. Elektroışınım olayı 1907 yılında İngiliz araştırmacı H.J. Round tarafından keşfedildi. Günümüz LED lerinin atası sayılan ilk LED ise 1962 de General Electric Firmasında çalışan Nick Holonyak Jr. tarafından yapıldı. Çalışma Prensibi LED ler ortalama olarak 10 ma ve 1.5 V değerinden itibaren iletime geçerek ışık yaymaya başlarlar (bknz şekil 3.) Işık yayan diyotların yayım gücü zamanla orantılı olarak düşer. Yayım gücü normal gücün yarısına düştüğünde diyot ekonomik olarak ömrünü tamamlamış demektir. Bir LED in ortalama ömrü 100.000 saattir. Şekil 3: LED sembolleri Işık enerjisinin oluşması Şekil 4:Akım-gerilim karakteristiği
LED in yaydığı ışık şiddeti içinden geçen akım ile doğru orantılı olarak artar. Ancak bu artış akımın belli bir değerine kadar doğrusaldır, daha sonra bükülür (bknz şekil 5). Eğer diyota verilen akım eşik değeri adı verilen doğrusallığın bozulduğu noktayı aşarsa, diyot aşırı ısınarak bozulur. Şekil 5: Akım- ışık şiddeti karakteristiği LED Aydınlatma Sistemlerinin Gelişimi İlk ticari amaçlı LED ler sadece düşük yoğunluklu kırmızı renkli bir ışık kaynağı olarak akkor ve neon gösterge lambalarının yerine kullanılmaya başlandı. Önce laboratuar ve test ekipmanı gibi pahalı cihazlarda daha sonra TV, radyo, hesap makinesi gibi görsel alanlarda kullanıldı. LED lerin ışık çıkış değeri malzeme teknolojisindeki gelişmeye bağlı olarak gelişti. Yüksek güçlü beyaz ışıklı LED in araştırılması ve geliştirilmesi LED lerin aydınlatma alanında da kullanılmasını mümkün kıldı. Günümüzdeki LED ler morötesi ve kızılötesi dalga boyları arasında kalan görülebilir bölge boyunca uzanan yüksek parıltılı renklerde olabilmektedir. Işığın rengini belirleyen ise kullanılan kimyasalların bileşimidir.
1901 Fluorescent Tube 1879 Edison Light Bulb 1919 Sodium Vapor Lamp 1970s First Red LED ~1990 High Brightness Red, Orange, Yellow, & Green LEDs 2000 White LED Lamp demonstrates Incandescent Efficacy (17 lm/w) 1995 High Brightness Blue, Green LEDs 2009 Production White LED Lamp Exceeds 100 lm/w 2005 White LED Lamp demonstrates Fluorescent Efficacy (70 lm/w) U.S. 223,898 Calculators and Indicators Monochrome signs Full Color Signs Solid State Lighting Şekil 6. Aydınlatma Tekniğinin tarihi. Seçim Kriterleri LED Aydınlatma Sistemlerinin seçiminde 6 faktör göz önünde bulundurulmalıdır. LED Dizini ve Kılıf (Bind) Renksel geriverim İndeksi Renk Sıcaklığı Soğutma Sistemi Işık Yayılım Açısı Işık Akısı çıkışı (Etkinlik Faktörü) Günümüz pazarında çok farklı aydınlatma ihtiyaçlarına uygun çözümler sunan LED sistemler mevcuttur. Fakat hangi model LED alacağımıza bakmadan önce dikkat etmemiz gereken noktalar vardır. Örneğin LED in ne kadar ışık akısı çıkışı olduğu bizim için yeterli bir kriter değildir. Işık akısı çıkışı kadar lenslerin özellikleri ve ısı sorununun nasıl çözüldüğüne de bakmak gerekir. Led dizilimi, renk skalasındaki geniş yelpazeden en uygun rengin seçilmesi, parıltısı, ışık yayılım açısı aydınlatma ihtiyacınız için en uygun LED i seçerken dikkate alınması gereken unsurlardır.
Led Dizini : Led dizini yada sunuş şekli (kılıf) LED seçiminin hayati bir parçasıdır ve optik dizilim kadar renk ve ışık çıkışını da belirleyen bir işlemdir. Bir kısım chip tekil bir devre iken bir kısmı bind adı verilen bir kılıf içindeki bir gurubun parçası olabilir. Tekil devrelerin her birinin sürümü rengi parlaklığı ayrı olabilir, bind içindeki ledler aynı sürücüden beslenir ve tamamen aynı şekilde davranır. LED chipler slikon bir devreye yerleştirilirler ve bir devrede binlerce LED chip bulunabilir. Led chiplerinin yer aldığı slikon devrelere PCB (Printed Circuit Board- Baskılı Devre) denir. PCB lerin; Tek yüzlü Çift yüzlü Delikiçi kaplama Olmak üzere farklı tipleri vardır. Şekil 7. PCB örnekleri Farklı dizinler ve Bind kalıplarıyla amaca uygun LED Aydınlatma sistemleri oluşturulur. Örneğin;
Çakan (flashing) LED ler standart LED lerdir. Ancak saniyede bir yanıp sönmesini sağlayan multivibratör devresi ile birlikte düzenlendiklerinden çakan LED ler olarak adlandırılırlar. Genellikle tek renk olmalarına karşın iki renkte çakan ya da RGB renk karışımı ile düzenlenmiş tipleri de vardır. İki renkli (Bi-color) LED ler bir durum için iki farklı LED kullanılarak yapılır. Aynı kaynaktan beslenen iki paralel bağlantı vardır. Akım bir hattan akarken bir renk, diğer hattan akarken diğer renk yayılır. İki renk uygun bir frekansta yayılacak olursa üçüncü bir renk ortaya çıkar. Örneğin yeşil/kırmızı iki LED uygun bir frekans düzenlemesiyle sarı rengi ortaya çıkarır. Üç renkli LED ler yine iki LED grubundan oluşur. Ancak bu defa LED ler aynı anda ayrı ayrı kontrol etmeyi sağlayan iki hat üzerinden beslenir. RGB LED ler çok farklı renklerin elde edilebildiği LED lerdir. Işığın rengini değiştirmek için kırmızı, yeşil (G) ve mavi (B) renkli LED ler birlikte kullanılır, diğer ara renkler bu 3 ana renkten elde edilir. Diğer yöntem ise tek bir kılıf içersinde 3 adet LED çipi barındıran RGB LED kullanmaktır. 3 adet LED içeren RGB LED lerde 4 çıkış ucu vardır. LED lerin bağlantı şekli ortak anot ve ya ortak katotlu olabilir. Şekil 8 de bu bağlantı şekli görülmektedir. 3 ana rengin karışımı ile ara renklerin nasıl elde edildiği prensip olarak Şekil 9 de görülmektedir. Şekil 8 : RGB LED in iç yapısı
Şekil 9: 3 ana renkte LED ile ara renklerin elde edilmesi Renksel Geriverim İndeksi Işık kaynaklarının aydınlattıkları cisimlerin renklerini gösterebilme başarısı Renksel Geriverim indeksi CRI ya da diğer adıyla renk ayırım endeksi R a ile belirlenir. CRI nın teorik olarak en büyük değeri 100 dür. Işık kaynakları renk ayırım endeksleri 50-70 arasında ise orta, 70-90 arasında ise iyi, 90-100 arasında ise mükemmel renk ayırım endeksli kaynaklar olarak sınıflandırılır. CIE renk ayırım endeksini 5 ana grupta toplamaktadır. Lambaların renk ayırım endeksleriyle etkinlik faktörleri birbirleriyle ters orantılıdır. Aşağıda renksel geriverim endeksinin renk ayırımında ne kadar önemli olduğu açıkça görülmektedir. CRI = 90 CRI = 70 CRI = 50 Şekil 10. Renksel Geriverim İndeksi
Tablo 1 Işık Kaynaklarının CRI değerleri Common Light Sources Color Temperature & CRI Values Light Source Color Temp CRI Value Candle 1.700k 100 CRI Incandescent Bulb 2.700k 100 CRI Halogen Lamp 3.200k 95 CRI Natural Sunlight 5-6,000k 100 CRI Daylight Bulb 6.400k 80 CRI Lumex TitanBrite 3-Watt LED 3.000k 80-85 CRI Lumex TitanBrite 5-Watt LED 6.000k 70-80 CRI Renk Sıcaklığı Renk LED ışık kaynaklarının seçiminde önemli anahtarlardan biridir. Renk sıcaklığı 0 K cinsinden belirtilir. En düşük sıcaklık hafifçe sarı görünümlü LED ler ya da sıcak beyaz olarak refere edilen renklerdir. 0 K değeri artıkça daha beyaz daha parlak görünümlü LED ler soğuk beyaz olarak adlandırılır. Sarı ve kırmızı renkler sıcak renklerdir, mavi ve yeşil renkler ise soğuk renklerdir. İdeal renk sıcaklığı kullanım yerine bağlıdır. Örneğin, soğuk beyaz bir LED bir mücevher vitrini veya hastane aydınlatması için idealdir. Sıcak beyaz LED ler ise evlerin ve otel lobilerinin aydınlatılması için uygundur. Nötr (ılık beyaz) ise mağaza ve ofis aydınlatması için iyi sonuç verir.
Cool Neutral White 5000 ~ 7000 Kelvin Temp 4000 Kelvin Temp 2700 ~ 3500 Kelvin Temp Şekil 11 Renk sıcaklığı Renkler ve malzemeler LED ler çeşitli inorganik yarıiletken malzemelerden yapılırlar. Aşağıdaki tabloda piyasada bulunabilen renkler için dalga uzunluğu aralığı, gerilim düşümü değeri ve malzeme bilgileri verilmektedir. Tablo 2. Renkler ve malzemeler Renk Dalgaboyu (nm) Gerilim (V) Kızılötesi λ > 760 ΔV < 1.9 Kırmızı 610 < λ < 760 1.63 < ΔV < 2.03 Oranj 590 < λ < 610 2.03 < ΔV < 2.10 Sarı 570 < λ < 590 2.10 < ΔV < 2.18 Yarıiletken Malzeme Gallium arsenide (GaAs) Aluminium gallium arsenide (AlGaAs) Aluminium gallium arsenide (AlGaAs) Gallium arsenide phosphide (GaAsP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) Gallium(III) phosphide (GaP) Gallium arsenide phosphide (GaAsP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) Gallium(III) phosphide (GaP) Gallium arsenide phosphide (GaAsP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) Gallium(III) phosphide (GaP)
Indium gallium nitride (InGaN) / Gallium(III) nitride (GaN) Gallium(III) phosphide (GaP) Yeşil 500 < λ < 570 1.9 [47] < ΔV < 4.0 Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) Aluminium gallium phosphide (AlGaP) Zinc selenide (ZnSe) Mavi 450 < λ < 500 2.48 < ΔV < 3.7 Indium gallium nitride (InGaN) Silicon carbide (SiC) as substrate Silicon (Si) as substrate (under development) Menekşe 400 < λ < 450 2.76 < ΔV < 4.0 Indium gallium nitride (InGaN) Mor Çoklu tipler 2.48 < ΔV < 3.7 Mor ötesi λ < 400 3.1 < ΔV < 4.4 İKİLİ mavi/kırmızı LEDler, mavi ile kırmızı fosfor, yada beyaz ile mor plastik Diamond (235 nm) [48] Boron nitride (215 nm) [49][50] Aluminium nitride (AlN) (210 nm) [51] Aluminium gallium nitride (AlGaN) Aluminium gallium indium nitride (AlGaInN) (down to 210 nm) [52] Beyaz Broad spectrum ΔV = 3.5 Mavi/UV diyot ile sarı fosfor Soğutma sistemi Optimal ısı dağılımı power LED performansının kalitesinin anahtarıdır. Isı dağılımının kötü olması verim kaybına, ömrün kısalmasına ve renk geçişinin bozulmasına neden 125 0 C de arızaya geçer, bu nedenle bağlantı noktasının sıcaklığının olabildiğince 125 0 C yi geçmemesine çalışılır. Sıcaklık için 4 temel elemanın göz önünde bulundurulması gerekir; ortam sıcaklığı, soğutucu malzemesi, sürücü akımı, bind yada LED lerin diziliş şekli. Isının uzaklaştırılması için aktif soğutma ve pasif soğutma olmak üzere iki tip soğutma sistemi vardır. Aktif soğutmada bir fan sistemi vardır ve ekstra bir güç harcanır. Pasif soğutma genelde bir metal çekirdek ile yapılır.
! Şekil 12. Soğutma sistemi Işık yayılım açısı Işık akısı 1800 civarında yayılır, merceklerle bu ışık istenen aralıkta sınırlanır. Işık yayılım açısı LED den çıkan ışığın %50 sinin bulunduğu açı olarak tarif edilir. Aydınlatacağımız yerin özelliğine göre uygun açıyı seçmeliyiz. TitanBrite SSL-LX100T123 Şekil 13. Yayılım açıları. QuasarBrite SML-H1505 QuasarBrite SML-LX0404SIUPGUSB
Işık akısı çıkışı (Etkinlik Faktörü) Etkinlik Faktörü watt başına lümen olarak lamba verimliliğini ifade eder..led lerin üzerinden akan akım sabit olmasına rağmen diyotların karakteristik özelliklerinden dolayı artan ortam sıcaklığı ile etkinlik faktörleri düşer. Bu düşüş LED lerin yapıldığı malzeme türüne göre her bir derece için %0.3 ila %0.7 arasında değişiklik gösterebilmektedir. LED ler akkor telli lambalara göre düşük enerji tüketimi, daha uzun ömür, sağlamlık, daha küçük boyutlar, hızlı anahtarlama, daha yüksek dayanıklılık ve güvenilirlik gibi avantajlara sahiptir. Aynı ışık çıkışını veren kompakt flüoresan lambaya göre ise daha kararlı akım ve ısı yönetimine ihtiyaç duyar. Akkor telli Lamba 10-15 Halojen Lamba 15-30 W lm Kompakt Fluo. 60-80 Fluoresan 60-105 İndüksiyon 70-95 Etkinlik Faktörü = Lumen (lm) / Watt (W) Şekil 14. Etkinlik Faktörü değerleri. HQL (Cıva) 30-60 HQI(Quartz m) 60-90 HCI (Seramik m) 70-105 NAV (Sodyum) 70-150 LED 25-95 Uygulama ve Seçenekler LED teknolojisindeki hızlı gelişmelerle birlikte Flux LED, süper Flux LED, Power LED gibi adlarda satılan onlarca lümen ışık akısı üretebilen LED ler ile homojen bir aydınlatma mümkün olmaktadır. 5mm çaplı standart LED ler de dekoratif amaçlı olarak kullanılmaktadır.
Şekil 15: Flux LED Şekil 16: Power LED Çok sayıda LED in belirli bir düzende yerleştirilmesiyle elde edilen yüksek çıkış akısı sayesinde LED lambalar sokak aydınlatmasında içi ve dış aydınlatmada, farklı renk seçenekleri nedeniyle de dekoratif ve dikkati çeken aydınlatma alanlarında giderek artan bir yaygınlıkta kullanılmaktadır. Şekil 17: LED lambalar Şekil 18: Şerit LED ler
Şekil 19: Sokak aydınlatmasında kullanılan LED lambalar ve çizgisel armatürlerde LED sokak lambaları daha çok park alanlarında ve direklerde kullanılmaya uygundur. Bunun yanında LED ler havaalanlarında helikopter pistlerinin aydınlatılmasında kullanılır. Havaalanlarında yer bulan uygulamalar orta yoğunluklu yürüyüş yollarının, ana hat ve taksi parkı alanlarının aydınlatılması ve kılavuz aydınlatılması ile bekleme salonlarının aydınlatılmasıdır. LED ler ısı çıkışının az olması nedeniyle su sıcaklığının aynı tutulması zorunluluğu olan büyük akvaryum aydınlatmalarında da başarıyla kullanılmaktadır. LED tabanlı akvaryum tesisatı bakım kolaylığı ve akvaryumdaki balık ve bitki örtüsü için gerekli renk spektrumunun sağlanması açısından da avantajlıdır. Bu tesisat elektronik olarak simule edilerek gündüz ve ay ışığı benzeri durumlar gerçekleştirilebilir. LED tesisatı benzer etkiler için kurulacak loşlaştırılabilir flüoresan ya da yüksek basınçlı deşarj lambalı tesisata göre 5 kez daha pahalı olacaktır.
Şekil. 20 Led aydınlatma uygulamaları IR ısı çıkışındaki azalma LED leri sahne aydınlatması için ideal hale getirir. RGB LED lerde renk kolaylıkla değiştirilebilir. LED ler düşük güçlere ihtiyaç duyduklarından flaş ışıkları gibi kullanımlar için çok uygundur. Dekoratif aydınlatma için de kullanışlıdırlar. İç ve dış dekor aydınlatma işlerinde, tiyatro ve oditoryum aydınlatmasında kargo hatları, gemiler ve otomobillerde kullanılırlar. Mimarinin sürekliliği için aydınlatmanın verimli olması gerekir. Bir adet 13 W LED lamba 450-600 lm arası ışık yayar. Standart bir akkor telli lamba da bu değeri verir. Aynı akkor telli lamba 1000 saat ömre sahipken bir LED, akkor telli lambadan 50 kez daha uzun bir zaman 50.000 saat çalışabilir. Konuya çevrenin korunumu açısından bakarsak;1 kw/h elektrik üretimi için atmosfere salınan CO 2 miktarı 610 gr dır. Gün içinde 40 W lık bir lambanın 10 saat çalıştığını varsayarsak yıllık CO 2 salınımı 89 kg olur. Aynı sürede çalışmaya karşılık düşecek
şekilde çalışan 13 W bir LED in atmosfere salınımı 29 kg dır. Bir binada akkor teli lambanın LED lerle değiştirilmesiyle aydınlatmadan kazanılan karbon salınımındaki azalma miktarı %68 dir. Bunun yanında klimaların ışık kaynaklarından kaynaklanan ısı yükünü atmak amacıyla yapacakları çalışmadan sağlanan tasarrufta vardır. LED Aydınlatma Sistemlerinin Kontrolü Şekil 21. Sürücü tipleri LED lerin kullanımı yaygınlaştıkça LED sisteminin bir bileşeni olan sürücüler de daha fazla önem kazanmaya başladı. LED ler optimal çalışma akımı veya sabit bir DC gerilim gerektiren düşük voltajlı ışık kaynaklarıdır. Aydınlatma için kullanılan LED lerin her biri 2-4 V, DC gerilim ve birkaç yüz ma akım gerektirir, ancak seri bağlandıklarından yüksek gerilim ihtiyacı doğar. Buna ek olarak çalışma sırasında ışık kaynağı hat gerilim dalgalanmalarına karşı korunmalıdır. Gerilimdeki değişimler akımda orantısız bir değişime yol açabilir ki, bu durum ışık çıkışını değiştirir. LED in ışık çıkışı akım ile orantılıdır ve belirli
bir akım aralığı için tanımlanmıştır. Eğer akım üreticinin tavsiye ettiği aralığı aşarsa, LED lerin parıltısı artabilir ancak ışık çıkışları cihaz içindeki ısı yükselmeleri nedeniyle hızla düşebilir ve LED lerin daha kısa ömürlü olmalarına neden olur. LED lerin ömrü ışık çıkışının %30 oranında azaldığı nokta olarak tanımlanır. LED sürücüsü flüoresan ve HID sistemlerindeki balast gibidir. LED ler AC gerilimi DC gerilime çevirecek ve çalışma boyunca LED üzerinden akacak akımı regüle edecek bir cihaza gerek duyar. Sürücü 220 V 50 Hz AC gerilimi düşük voltajlı DC gerilime dönüştürürken, LED leri de hat dalgalanmalarından korur. LED sürücüleri genellikle 10 V, 12V ve 24 V gibi sabit gerilim tiplerindedir. Bazı sürücüler özel olarak tasarlanır ve sadece belirli bir grup LED dizisini çalıştırır. Sürücüler genellikle kompaktırlar ve yüksek verimle çalışırlar. Güç kaynağının uzaktan kumanda edilmesi özelliğine sahiptir ve güvenli bir çalışma için Sınıf 2 yalıtımındadır. Şekil 22. de belirli bir sıcaklıkta tipik bir LED akım gerilim değişimi verilmiştir. Gerilimdeki çok az bir değişiklik akımda orantısız büyük bir değişikliğe neden olur. Ek olarak istenen ışık çıkışını elde etmek uygulama gerilimi LED boyutuna, malzemesine ve sıcaklığa bağlı olarak değişir. LED sıcaklığı arttığında gerilim düşer ve akım artar (Şekil 23) Akımın artması jonksiyonda ek ısınmaya neden olur. Eğer akım sınırlanmazsa jonksiyon ısı nedeniyle bozulur. Bu olaya termal kaçak denir. LED ışık kaynaklarının regüle edilmiş bir sabit akımlı güç kaynağı ile sürülmesi ile gerilim değişimleri ve bu değişimlerden kaynaklanan ışık çıkışı varyasyonu ve ömrün kısalması gibi sorunlar ortadan kaldırılabilir. Bu nedenle sabit akımlı sürücüler LED aydınlatma sistemlerinin güç kaynağı olarak tavsiye edilir.
Şekil 22. Tipik bir LED aydınlatma sisteminin akım-gerilim karakteristiği. Şekil 23.Gerilimin sıcaklıkla değişimi. Bazı uygulamalarda akım-sınırlayıcı devreler örneğin dirençler sabit-akımlı devrelere göre daha ucuz alternatifler olarak
sunulabilir. Ancak bunun bir çok sakıncası vardır. Öncelikle dirençler ısı dolayısıyla kaçak enerji üretir. Dirençler tarafından üretilen ısının dağıtılması gerekir. Buna ek olarak yalnız dirençlerle yapılan korumalarda besleme gerilimindeki ışık çıkışını dengeleyecek ve LED lerin yüksek gerilimden zarar görmesine engel olacak bir koruma yoktur. Bu nedenle kalıcı uygulamalarda tavsiye edilmez. Işık Çıkışı LED ışık kaynaklarının ışık çıkışı sürücü akımının artması ile artar. Fakat verim bundan etkilenir. Şekil 24 bu ilişkiyi göstermektedir. Normal olarak LED lambaların veri yapraklarında belirtilen bir akım değeri vardır. Bu akım değeri diğer teknik bilgiler için bir referans noktasıdır. Önerilenden daha yüksek sürücü akımı aşırı akıma ve düşük lümene neden olur. Şekil 24 Akım gerilim verim ilişkisi
Sıcaklık artışı etkisi Bir LED in performans karakteristikleri 25 0 C çalışma sıcaklığında verilir. Ancak LED ler genellikle 25 0 C nin üzerinde çalıştığından bu değer yalnızca bir referans değer olarak alınır. LED kaynağın ışık çıkışı LED jonksiyonunun sıcaklığının artmasına bağlı olarak azalır. Ortam sıcaklığı da LED lerin ışık çıkış üzerinde etkilidir. AlGaInP malzemelden oluşan Kırmızı ve Amber sistemler sıcağa karşı InGaN malzemeli Mavi ve Yeşil LED lerden daha hassastır. Bu nedenle özellikle ışık çıkışı veya verimlilik seviyesinin tasarlanmasında sistemin sıcaklığının göz önünde bulundurulması gerekir. Şekil25 LED jonksiyon sıcaklığına bağlı olarak ışık çıkışını göstermektedir. Şekil 25. Jonksiyon sıcaklığına bağlı olarak ışık çıkışı
Sıcaklık değişimi beyaz LED ışık kaynaklarında hafif renk değişimlerine neden olabilir. Loşlaştırma ve Renk Değiştirme Özelliği Sürücüler ışığı loşlaştırma rengini değiştirme ve sırayla yakma gibi özelliklere sahiptir. LED ler kontrol devrelerine kolaylıkla eklenebilir. Pek çok sürücü 0-10 V arası kontrol devreleri, doluluk sensörleri, mimari ve dramatik aydınlatma kontrolleri, yapı ve aydınlatma otomasyonu gibi sistemlerle donatılmışlardır. LED ler DMX ve DALI (Dijital Adreslenebilir Aydınlatma Arayüzü) Protokolleri ve gelecekte RF gibi kablosuz kontrol seçeneği gibi cihazlarla yönetilebilir Sürücüler %100 de %0 a tüm aralıkta loşlaştırma, dijital kontrol sistemleri, darbe genişlik modülasyonu (PWM) ya da daha sofistike yöntemleri sunmaktadır. Darbe genişlik modülasyonu ile frekans aralığı saniyede yüzlerce modülasyondan saniyede yüz binlerce modülasyona dönüştürülerek titreme olmaksızın sürekli bir ışık elde edilir. PWM yönteminin bir yararı minimum renk kayması ile loşlaştırma yapmasıdır. Beyaz renk elde etmek için bir dizi üzerine yerleştirilen LED lerden özelikle sarı ve kırmızı renklerdeki değişim beyaz ışığın efektini kötü yönde etkiler. Loşlaştırmada bir verim kaybı olmaz. Loşlaştırma boyunca LED ler tam çalışma halindeki akım ve gerilimde çalışır. Ek olarak loşlaştırma floresan lambalarda olduğu gibi lamba ömrünü kısaltmaz. Aksine loşlaştırma ışık kaynağının içindeki sıcaklığı düşürdüğünden LED lerin ömrü uzayabilir. Sürücüler renk değiştirmek ve ya sekans sağlamak için de kullanılır..bu bir dizi renkli LED düzeneğindeki bazı renklerin loşlaştırılmasıyla olur. Bir diğer yöntemde sürücü bir renk sekanslayıcı ile birlikte çalışır, 10 V veya 24 V çıkışlı LED çıkışı alır, üç kaynaklı çıkışa genellikle kırmızı mavi ve yeşil ki çok geniş bir renk aralığında karıştırılabilir.
Bir düzenleyici kullanıldığı zaman renk değişimi önceden belirlenen bir hız ve düzende olur. Üçüncü bir seçenek binlerce LED in her birinin ayrı ayrı dinamik bir şekilde kontrol edilerek sonsuz gibi görünen bir renk spektrumu elde etmenin mümkün olduğu dijital DMX kontrolör ve kontrol arabirimlerinin kullanılmasıdır. TEKNİK İPUÇLARI LED Aydınlatma Sistemlerinde karşılaşılan en büyük sorunlardan biri sürücünün aşırı yüklenmesidir. Sürücünün tasarlandığı değerlerden çok daha fazla sayıda LED grubunun seri bağlanması halinde, zincirin son gruplarında önemli ölçüde gerilim düşmesi olmasıdır. Bir diğer önemli sorun da yanlış sürücü gerilimi nedeniyle olan problemdir. Yanlış sürücü gerilimi uygulandığında LED ya hiç çalışmaz ya da tasarlandığından daha yüksek akım düzeylerinde çalışır. Uygulamacının sürücü gerilimi ile yük gerilimini karşılaştırması gerekir. Örneğin 10 V yük değerindeki bir LED devrenin 12 V sürücü ile beslenmesi halinde LED ömrü fark edilir oranda azalacaktır. LED sürücülerin özelliklerinden biri DC çıkış geriliminin kalitesidir. Sürücüler aşırı gerilme olmadan LED lerin en yüksek ışık çıkışını sağlayacak sabit bir DC akımını muhafaza edecek şekilde çalışabilmelidir. Ek olarak bağlantıdaki güç kayıpları ve gerilim düşmeleri de önemlidir. Son olarak da ortam sıcaklığına dikkat edilmelidir. Sürücülerin çoğu zaten kapalı ve kuru bir yerde bulunurken açık havada yer alan sürücülerin koruyucu bir kutu içinde olması gerekir. Yanlış olarak LED lerin az ya da hiç ısı üretmediğine inanılır. Isı yükünün dışarı atılmasına izin veren montaj elemanları ve havalandırma şartlarına dikkat edilmelidir.
Sonuç Avantajları Uzun ömür: LED lerin ömrü göreceli olarak daha uzundur. Faydalı ömür saati 35.000 ila 50.000 saat arasındadır. Bir akkor telli lambanın ortalama ömrü 1000-2000 saat, bir flüoresan lambanın ömrü ise çalışma şartlarına bağlı olarak 10.000 ila 15.000 saat arasındadır. Bu uzun ömür bakım maliyetini düşürür ve yine yüksek verimlilikle birlikte düşünüldüğünde enerji tasarrufu önemli boyutlara ulaşır. Endüstride vardiyalı çalışma siteminde bakım ve işletme maliyetindeki azalma ve verimlilik üretim giderlerinde önemli bir düşüş demektir. Verimlilik: LED ler akkor telli lambalar göre watt başına daha fazla ışık çıkışı sağlar. Bu verimlilik floresan lambalarda olduğu gibi lamba balonunun şekline ve boyutuna bağlı değildir. Tablo3. Lambaların ömür ve verimlilik karşılaştırması Data Light Type Sheet Usable* lm/w Lifetime (hrs) lm/w Incandescent 17 10-17 3k Halogen 20 12-20 10k T12 fluorescent 60 45-50 20k Metal halide 70 <40 5k-15k T8 fluorescent 74 55-60 20k Power LED 120 55-75 > 60k High-pressure sodium 91 <50 20-24k T5 fluorescent 107 96 20k Low-pressure sodium 120 65-70 18k Renk: LED ler geleneksel sistemlerde olduğu gibi ışık rengini değiştirmek için renk filtresine gerek duymazlar. Bu da kurulum maliyetini biraz aşağı çeker. Kent aydınlatmasında hava
durumuna veya mevsime göre renklendirilebilen esnek, ambiyanslar oluşturmaya yatkın aydınlatmayı mümkün kılar Boyut: LED ler çok küçük olabilirler (2 mm 2 den küçük) ve kolaylıkla bir devre üzerine monte edilebilirler. Bu özellikleriyle LED ler kompakt armatür tasarımına olanak sağlamaktadır. Açma/Kapama zamanı: LED ler çok çabuk ışık verir. Bir LED gösterge lambası tam parlaklığa bir mikrosaniyenin altında ulaşır. LED ömrü ve bakımı açma/kapama hızından etkilenmemektedir. LED lerin hızlı açma/kapama özelliği yanıp sönen görüntülerde meşgul sensörü ve günışığı sensörü kullanımı için de uygundur. Döngü: LED ler sıklıkla açma kapama döngüsü olan uygulamalar için idealdir. Örneğin flüoresan lambalar bu döngüye uyabilmede hız açısından başarısız iken, HID lambalar tekrar çalışabilmek için uzun bir zamana gerek duyar. Loşlaştırma: LED ler bir darbe-genlik modülatörü ya da akımın düşürülmesi ile kolaylıkla loşlaştırılabilir. Akkor telli lambalar kolaylıkla loşlaştırılabilirken, flüoresan lambalar genelde tam ışık çıkışının %30 una kadar düşürülerek loşlaştırılabilir. Soğuk ışık: Birçok ışık kaynağının aksine LED ler hassas obje ve ürünlere zarar veren ısı üretmezler. Ayrıca LED lerin performansı düşük sıcaklıklarda artmaktadır. Bu durum LED lerin marketlerde buzdolabı derin dondurucu vb soğuk tutulması gereken yerlerin aydınlatılmasında olanak sağlar. Yiyecek stantlarında LED armatürlerin kullanılması iç ısının artmasına ve yiyeceklerin kurumasına engel olur. Şok dayanımı: LED ler akkor ve flüoresan lamba balonlarının aksine dış etkilerle oluşacak şoklara dayanıklı katı hal cihazlarıdır. Cıva içermediğinden özellikle yiyecek reyonlarında flüoresan lambalı aydınlatmada olduğu gibi lamba camının kırılmasıyla ortaya çıkabilecek gıdaların kirlenmesi tehlikesi yoktur. Cıva içermemesi nedeniyle Çevreyle Dost tur.
Fokuslama: LED in kılıfı ışığı yönlendirecek şekilde tasarlanabilir. Akkor telli ve flüoresan lambalar ışığı toplayıp istenen tarzda yönlendirecek dış yansıtıcılara ihtiyaç duyar. LED ler ise yassı bir yüzeye monte edilerek küresel olarak değil de yarı küresel olarak da ışık yayarlar. Böylece kayıp olan ışık miktarı azalır. Dezavantajları Aynı renksel geriverim değerine sahip T5 flüoresan lambalar daha verimlidir. Yüksek kurulum maliyeti: LED lerin lümen başına fiyatları geleneksel kaynaklardan daha pahalıdır. Ek olarak sürücü devresi, güç kaynakları gibi destek sistemleri yine geleneksel sistemlerde kullanılanlardan daha pahalı olduğundan ilk maliyet olarak daha yüksektir. Sıcaklığa bağımlılık: LED performansı işletme yerindeki ortam sıcaklığına büyük oranda bağımlıdır. Ortam sıcaklığının yüksek olması LED grubunun ısısının artmasına dolayısıyla LED in arızalanmasına yol açmaktadır. Gerilim hassasiyeti: LED ler eşik değeri denilen bir gerilim ve akım değerinde beslenmelidir. Bu değer seri dirençler ve akım regülatörlü güç kaynakları ile sağlanabilir. Işık kalitesi: Soğuk beyaz LED lerin çoğu güneş ya da akkor telli lambada olduğundan oldukça farklı bir siyah cisim radyasyonundadır. 460 nm ve 500 nm dalga boylarında nesneler güneş altında ya da akkor telli lamba ışığı altında göründüğünden farklı görünürler. Kırmızı renkli yüzeyler fosfor esaslı soğuk-beyaz LED lamba ışığı altında kötü bir renksel geriverim gösterirler. Elektriksel polarity: Akkor telli lambalardan farklı olarak LED ler yalnızca doğru elektriksel polarity de çalışırlar.
Nerelerde kullanılabilir Bakım işlerinin zor ve maliyetli olduğu yerlerde Daha iyi bir vizyon gerektiren yerlerde Anında aydınlatma ihtiyacı olan yerlerde LEED şartlarının önemli olduğu yerlerde Deniz yapıları ve rafinerilerde. LED kaynakların yol aydınlatması ve 12 m den daha yüksek direklerin kullanıldığı aydınlatma tesislerinde kullanılması henüz uygun optik özelliklere sahip olmamaları nedeniyle tavsiye edilmemektedir. Kaynaklar 1. Wikipedia The Free Encyclopedia 2. Bilim ve Teknik Ocak 2007 (85) 3. V. Ulusal Aydınlatma Sempozyumu Bildiriler Kitabı LED li Işık Kaynaklarının Karakteristiklerini Belirlemeye Yönelik Ölçmeler Mükail Bulut, Ömer Gül 4. Bilgiustam.com 5. CooperCrouse-Hinds-LED Family Presantation 6. Cree-Presantation Part1 7. Daniel Kase Presantation 8. Lumex Designed With LEDs 9. ledsmagazine.com